JP5375850B2 - イオン交換装置 - Google Patents

Description

この発明は、硬水軟化装置等のイオン交換装置に関する。

従来より、水道水や地下水等の原水に含まれる硬度成分（カルシウムイオン及びマグネシウムイオン）や硝酸性窒素（硝酸イオン及び亜硝酸イオン）等をイオン交換樹脂により吸着して除去し、処理水を製造するイオン交換装置が知られている。イオン交換装置は、イオン交換樹脂床を収容し、原水等の液体が導入される圧力タンクを備えている。

このようなイオン交換装置において、圧力タンクの内部への通水が長時間に亘って行われないでいると、圧力タンクの内部において滞留水が発生して、雑菌が繁殖する虞があり、衛生上好ましくない。また、イオン交換樹脂床から樹脂成分等の有機物が滞留水中に溶出し、通水を再開したときに臭いや色が処理水に付き、処理水の品質が悪化する虞があった。
そのため、圧力タンクの内部に長時間に亘って滞留水が発生しないようにする技術が提供されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−１７８６６６号公報

上記特許文献１に記載の技術は、滞留水を排出するための洗浄タイミングに着目したものである。しかし、イオン交換装置が使用される環境は様々であるため、洗浄タイミングのみの制御では、高品質の処理水を恒常的に得ることが困難である。
このため、滞留水を効率よく排出することができ、且つ高品質の処理水を恒常的に得ることができるような操作条件で、圧力タンクの内部を洗浄することが望まれている。

本発明は、滞留水を効率よく排出することができると共に、高品質の処理水を恒常的に得ることができるイオン交換装置を提供することを目的とする。

本発明は、イオン交換樹脂床を収容し、液体が導入される圧力タンクと、前記圧力タンクに洗浄液を導入して系外に排出することにより該圧力タンクの内部を洗浄する洗浄手段と、前記圧力タンクの内部に位置する液体の滞留時間を算出する滞留時間算出手段と、前記滞留時間算出手段によって算出された前記滞留時間が所定の設定時間に達したか否かを判定する滞留時間判定手段と、前記イオン交換樹脂床での洗浄液の線速度を５〜６０ｍ／ｈの範囲に設定すると共に、前記イオン交換樹脂床に対する洗浄液の量を前記設定時間が長い場合には多く設定し又は前記設定時間が短い場合には少なく設定する洗浄手段制御手段であって、前記滞留時間判定手段により前記滞留時間が前記設定時間に達したと判定された場合に、前記設定された洗浄液の量で前記圧力タンクの内部を洗浄するように前記洗浄手段を制御する洗浄手段制御手段と、を備えるイオン交換装置に関する。

また、前記設定時間が６〜２４時間に設定される場合に、前記洗浄手段制御手段は、前記イオン交換樹脂床に対する洗浄液の量を６〜１２ＢＶの範囲に設定することが好ましい。

また、前記圧力タンクに流通する洗浄液は、塩素を含む水であり、前記洗浄手段制御手段は、前記イオン交換樹脂床の単位樹脂量に対して少なくとも０．５ｍｇＣｌ／Ｌ−Ｒの塩素量を接触させるように前記洗浄手段を制御することが好ましい。

また、前記イオン交換樹脂床は、ハロゲン系有機溶媒を使用せずに製造された陽イオン交換樹脂ビーズから形成されることが好ましい。

本発明によれば、滞留水を効率よく排出することができると共に、高品質の処理水を恒常的に得ることができるイオン交換装置を提供することができる。

本発明のイオン交換装置の一実施形態としての硬水軟化装置１の全体構成図である。 硬水軟化装置１の運転モード及び各運転モードにおけるプロセスを示す状態遷移図である。 各プロセスにおけるプロセス制御バルブ３の開閉状態を示す図である。 硬水軟化装置１の制御に係る機能ブロック図である。 硬水軟化装置１の滞留水排出に係る制御を示すフローチャートである。

以下、本発明のイオン交換装置の一実施形態としての硬水軟化装置１について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明のイオン交換装置の一実施形態としての硬水軟化装置１の全体構成図である。

硬水軟化装置１は、水道水、地下水、工業用水等の原水中に含まれる硬度成分をナトリウムイオンやカリウムイオンへ置換して軟水を生成する。硬水軟化装置１は、軟水を各種の用水として需要箇所へ供給する目的で使用される。硬水軟化装置１は、家屋やマンション等の居住建物、ホテルや大衆浴場等の集客施設、ボイラやクーリングタワー等の冷熱機器、食品加工装置や洗浄装置等の水使用機器等に接続される。

図１に示すように、本実施形態の硬水軟化装置１は、主として、圧力タンク２と、プロセス制御バルブ３と、塩水タンク４と、圧力タンク２の内部を洗浄するようにプロセス制御バルブ３を制御する制御装置５と、を備えて構成される。

圧力タンク２は、圧力タンク本体２１と、蓋部材２２とを備える。
圧力タンク本体２１は、上部に開口部を有する有底の筒状体であり、処理材であるイオン交換樹脂床２１１を収容する。イオン交換樹脂床２１１は、ハロゲン系有機溶媒を使用せずに製造された陽イオン交換樹脂ビーズから形成される。

イオン交換樹脂床２１１をこのような陽イオン交換樹脂ビーズから形成する理由は、次の通りである。ハロゲン系有機溶媒は、化学的に安定であるため、イオン交換樹脂の製造時に使用されることが多い。例えば、樹脂母体にイオン交換基を導入する工程（例えば、スルホン化工程）においては、反応を促進するために予め樹脂母体を膨潤させておくのがよいとされ、この膨潤剤としてハロゲン系有機溶媒が使用される。その一方で、多くのハロゲン系有機溶媒は、人体に有害であるとされている。このため、軟水の用途に飲料水や風呂水が含まれる場合において、イオン交換樹脂ビーズ内に残留したハロゲン系有機溶媒が、水処理プロセスにおいて軟水Ｗ２中に浸出すると、軟水Ｗ２の風味を損なうだけでなく、人体に悪影響を及ぼす虞があるからである。

イオン交換樹脂ビーズがハロゲン系有機溶媒を使用せずに製造されているか否かは、例えば「水道実務六法・平成１４年版」（水道法制研究会監修，平成１４年１０月１日発行）１４２−１４４ページに記載の浸出に関する試験に基づいて評価することができる。そして、ハロゲン系有機溶媒に係る物質の浸出量が基準値を満足していれば、実質的にハロゲン系有機溶媒を使用していないものと判断することができる。
ハロゲン系有機溶媒に係る物質としては、ジクロロメタン；１，２−ジクロロエタン；シス−１，２−ジクロロエチレン；トリクロロエチレン；テトラクロロエチレン；四塩化炭素等が挙げられる。また、各物質に対する上記基準値は、「給水装置に構造及び材質の基準に関する省令」（平成２２年２月１７日厚生労働省令第１８号）の別表第一の下欄が参照される。

ハロゲン系有機溶媒を使用せずに製造された強酸性陽イオン交換樹脂の例として、例えば、三菱化学社製：製品名「ＤＩＡＩＯＮ ＵＢＫ１０」，「ＤＩＡＩＯＮ ＵＢＫ１２」、ランクセス社製：製品名「ＬＥＷＡＴＩＴ Ｓ１４６８」、ダウ・ケミカル社製：製品名：「ＩＭＡＣ ＨＰ１２２０」，「ＡＭＢＥＲＬＩＴＥ １２２０」、ピュロライト社製：製品名「ＰＵＲＯＬＩＴＥ Ｃ１００ｘ１０ＮＳ」等を挙げることができる。

蓋部材２２は、圧力タンク本体２１の上部の開口部を閉鎖する。蓋部材２２には、プロセス制御バルブ３が一体的に装着されている。
圧力タンク２の詳細については後述する。

また、詳細については後述するが、プロセス制御バルブ３は、採水及び再生に関して、原水Ｗ１を圧力タンク２の頂部スクリーン２４１へ配液しながら、底部スクリーン２４２で集液することにより原水Ｗ１の下降流を生成して、処理水である軟水Ｗ２を製造する水処理プロセスＳＴ１の水（原水Ｗ１、軟水Ｗ２）の流れ；
再生液である塩水Ｗ４を圧力タンク２の頂部スクリーン２４１へ配液しながら、底部スクリーン２４２で集液することにより塩水Ｗ４の下降流を生成して、イオン交換樹脂床２１１の全体を再生させる第１再生プロセスＳＴ４の塩水Ｗ４の流れ；及び、
塩水Ｗ４を圧力タンク２の底部スクリーン２４２へ配液しながら、中間部スクリーン２４３で集液することにより塩水Ｗ４の上昇流を生成して、イオン交換樹脂床２１１の下部を再生させる第２再生プロセスＳＴ６の塩水Ｗ４の流れを切り換え可能なバルブである。

塩水タンク４は、イオン交換樹脂床２１１を再生する再生液としての塩水Ｗ４を貯留する。再生液は、陽イオン交換樹脂ビーズを用いる硬水軟化装置１では、塩化ナトリウム、塩化カリウムの各水溶液等を利用できる。塩水タンク４の詳細については後述する。

圧力タンク２について、更に説明する。蓋部材２２は、流体の供給及び排出を行う第１蓋流路２２１、第２蓋流路２２２及び第３蓋流路２２３を有する。これらの各蓋流路２２１、２２２、２２３は、後述するように、プロセス制御バルブ３を構成する各種ラインとそれぞれ接続されている。「ライン」とは、流路、経路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。

圧力タンク２内において、蓋部材２２の下面側であってイオン交換樹脂床２１１の頂部には、樹脂ビーズの流出を防止する頂部スクリーン２４１が設けられている。頂部スクリーン２４１は、樹脂ビーズよりも小さな多数の開孔を有する（後述する底部スクリーン２４２及び中間部スクリーン２４３も同様）。第１蓋流路２２１は、頂部スクリーン２４１を介して、圧力タンク２内と連通する。頂部スクリーン２４１による配水位置及び集水位置は、イオン交換樹脂床２１１の頂部付近に設定される。頂部スクリーン２４１は、イオン交換樹脂床２１１の頂部に設けられる頂部配液部、及びイオン交換樹脂床２１１の頂部に設けられる頂部集液部として機能する。

圧力タンク２内において、第２蓋流路２２２には、圧力タンク本体２１の底部付近へ延びる第１集配液管２３１が接続されている。第１集配液管２３１の下端部には、樹脂ビーズの流出を防止する底部スクリーン２４２が設けられている。第１集配液管２３１は、第２蓋流路２２２と連通する。底部スクリーン２４２による配水位置及び集水位置は、イオン交換樹脂床２１１の底部付近に設定される。底部スクリーン２４２は、イオン交換樹脂床２１１の底部に設けられる底部配液部、及びイオン交換樹脂床２１１の底部に設けられる底部集液部として機能する。

圧力タンク２内において、第３蓋流路２２３には、イオン交換樹脂床２１１の深さ方向の中間部付近へ延びる第２集配液管２３２が接続されている。第２集配液管２３２の下端部には、樹脂ビーズの流出を防止する中間部スクリーン２４３が設けられている。第２集配液管２３２は、第３蓋流路２２３と連通する。中間部スクリーン２４３による集水位置は、イオン交換樹脂床２１１の深さ方向の中間部付近に設定される。つまり、中間部スクリーン２４３は、イオン交換樹脂床２１１の深さ方向の中間部に設けられる。中間部スクリーン２４３は、イオン交換樹脂床２１１の深さ方向の中間部に設けられる中間部集液部として機能する。

第２集配液管２３２の内径は、第１集配液管２３１の外径よりも大径に設定されている。第１集配液管２３１及び第２集配液管２３２の軸芯は、いずれも圧力タンク２の軸芯と同軸上に設定されている。すなわち、第１集配液管２３１及び第２集配液管２３２は、第１集配液管２３１が内管に設定され且つ第２集配液管２３２が外管に設定された二重管構造を形成して、圧力タンク２に装着されている。

第１蓋流路２２１には、プロセス制御バルブ３を介して原水ラインＬ１が接続されている。第２蓋流路２２２には、プロセス制御バルブ３を介して、軟水ラインＬ２が接続されている。第３蓋流路２２３には、第５排水ラインＬ５５が接続されている。第５排水ラインＬ５５は、プロセス制御バルブ３の内部において、第１排水ラインＬ５１の接続部Ｊ５１に接続されている。原水ラインＬ１、軟水ラインＬ２及び第１排水ラインＬ５１は、プロセス制御バルブ３の外部まで延びている。すなわち、原水ラインＬ１、軟水ラインＬ２及び第１排水ラインＬ５１は、それぞれ、その一部がプロセス制御バルブ３の内部に設けられ、その残部がプロセス制御バルブ３の外部に設けられている。

詳細については後述するが、制御装置５は、後述する原水フロースイッチ６１、塩水流量計６２等からの信号が入力されて、入力された信号等に基づいてプロセス制御バルブ３を制御する。

プロセス制御バルブ３は、その内部に、各種のライン、弁等を備え、圧力タンク２の内部を洗浄する洗浄手段として機能する。
具体的には、プロセス制御バルブ３は、ラインとして、原水ラインＬ１と、軟水ラインＬ２と、希釈水ラインＬ３と、第１塩水ラインＬ４１と、第２塩水ラインＬ４２と、第３塩水ラインＬ４３と、第４塩水ラインＬ４４と、第１排水ラインＬ５１と、第２排水ラインＬ５２と、第３排水ラインＬ５３と、第４排水ラインＬ５４と、第５排水ラインＬ５５と、バイパスラインＬ６とを備える。

原水ラインＬ１における第１蓋流路２２１側の一部は、第５塩水ラインＬ４５としても機能する。軟水ラインＬ２における第２蓋流路２２２側の一部は、第６塩水ラインＬ４６としても機能する。原水ラインＬ１、軟水ラインＬ２の一部（後述の第６塩水ラインＬ４６）、第４塩水ラインＬ４４の一部（第４塩水ラインＬ４４における接続部Ｊ２１と接続部Ｊ４２との間の部分）、第３排水ラインＬ５３、第２排水ラインＬ５２及び第１排水ラインＬ５１は、洗浄手段として機能する。

プロセス制御バルブ３は、弁として、原水通水弁３１１と、軟水通水弁３１２と、バイパス弁３１３と、エゼクタ弁３１４と、第３排水弁３１５と、第２排水弁３１６と、第１排水弁３１７と、塩水弁３１８と、第１定流量弁３２２と、第２定流量弁３４とを備える。
また、プロセス制御バルブ３は、エゼクタストレーナ３２１と、エゼクタ３２３と、第１オリフィス３２４と、第２オリフィス３２５と、軟水ストレーナ３３とを備える。

原水ラインＬ１には、原水Ｗ１の供給側から第１蓋流路２２１へ向けて順に、原水フロースイッチ６１と、接続部Ｊ１１と、原水通水弁３１１と、接続部Ｊ１２と、接続部Ｊ１３と、が設けられる。原水ラインＬ１における接続部Ｊ１２と第１蓋流路２２１との間の部分は、第５塩水ラインＬ４５としても機能する。
原水フロースイッチ６１は、プロセス制御バルブ３の外部に設けられる。原水フロースイッチ６１は、原水Ｗ１の流れ（圧力）の有無を検出する。原水フロースイッチ６１からの検出信号は、制御装置５へ入力される。

軟水ラインＬ２には、第２蓋流路２２２から軟水Ｗ２の供給先へ向けて順に、接続部Ｊ２１と、軟水ストレーナ３３と、軟水通水弁３１２と、接続部Ｊ２２と、が設けられる。軟水ラインＬ２における第２蓋流路２２２と接続部Ｊ２１との間の部分は、第６塩水ラインＬ４６としても機能する。
軟水ストレーナ３３は、軟水ラインＬ２を第２蓋流路２２２から軟水Ｗ２の供給先へ向けて流通する軟水Ｗ２中の夾雑物（樹脂ビーズの破砕片、ゴミ等）を捕捉する。

希釈水ラインＬ３は、その上流側の端部において、原水ラインＬ１の接続部Ｊ１１に接続されると共に、その下流側の端部において、エゼクタ３２３の一次側に接続される。希釈水ラインＬ３には、上流側（接続部Ｊ１１側）から下流側（エゼクタ３２３側）に向けて順に、エゼクタストレーナ３２１と、第１定流量弁３２２と、エゼクタ３２３と、が設けられる。

エゼクタストレーナ３２１は、原水Ｗ１からなる希釈水に含まれる懸濁物質を除去し、第１定流量弁３２２及びエゼクタ３２３の詰まりを防止する。第１定流量弁３２２は、エゼクタ３２３へ供給する希釈水を所定範囲の流量に調節する。
エゼクタ３２３には、ノズル部の吐出側において、第１塩水ラインＬ４１の下流側の端部が接続されている。エゼクタ３２３は、希釈水（原水Ｗ１）が前記ノズル部から吐出されるときに発生する負圧を利用して、塩水タンク４から塩水Ｗ４（例えば、塩化ナトリウムの飽和水溶液）を吸引可能に構成されている。そして、エゼクタ３２３において、塩水タンク４からの塩水Ｗ４は、希釈水（原水Ｗ１）によって、所定濃度（例えば、８〜１２重量％）にまで希釈されるようになっている。

バイパスラインＬ６は、接続部Ｊ１１と接続部Ｊ２２とを接続する。つまり、バイパスラインＬ６は、原水ラインＬ１と軟水ラインＬ２とを接続する。

再生液供給ラインは、圧力タンク２と塩水タンク（再生液タンク）４とを接続するラインである。第１実施形態において、再生液供給ラインは、２本形成される。
１本目の再生液供給ラインは、第１塩水ラインＬ４１と、第２塩水ラインＬ４２と、第３塩水ラインＬ４３と、第５塩水ラインＬ４５（原水ラインＬ１の一部）とから構成される。２本目の再生液供給ラインは、第１塩水ラインＬ４１と、第２塩水ラインＬ４２と、第４塩水ラインＬ４４と、第６塩水ラインＬ４６（軟水ラインＬ２の一部）とから構成される。

第１塩水ラインＬ４１の一端部は、塩水タンク４内に配置される。第１塩水ラインＬ４１の他端部は、エゼクタ３２３の前記ノズル部に接続される。第１塩水ラインＬ４１には、塩水タンク４からエゼクタ３２３に向けて順に、塩水流量計６２と、塩水弁３１８と、が設けられる。

塩水流量計６２は、プロセス制御バルブ３の外部に設けられる。塩水流量計６２は、第１塩水ラインＬ４１を流通する塩水Ｗ４又は補給水としての原水Ｗ１の流量を検出する。塩水流量計６２からの検出信号は、制御装置５へ入力される。塩水流量計６２は、双方向の瞬間流量及び積算流量を検出可能に構成された流量センサであり、例えば、接線式流量センサ、軸流式流量センサ、カルマン渦式流量センサ等を利用することができる。

第３塩水ラインＬ４３の上流側の端部と、第４塩水ラインＬ４４の上流側の端部とは、接続部Ｊ４１において接続される。第２塩水ラインＬ４２は、エゼクタ３２３の二次側と接続部Ｊ４１とを接続する。

第３塩水ラインＬ４３の下流側の端部は、接続部Ｊ１２において第５塩水ラインＬ４５（原水ラインＬ１）に接続される。第３塩水ラインＬ４３の途中には、第１オリフィス３２４が設けられる。
第４塩水ラインＬ４４の下流側の端部は、接続部Ｊ２１において第６塩水ラインＬ４６（軟水ラインＬ２）に接続される。第４塩水ラインＬ４４には、上流側から下流側に向けて順に、第２オリフィス３２５と、エゼクタ弁３１４と、が設けられる。
第１オリフィス３２４及び第２オリフィス３２５は、後述する第２再生プロセスＳＴ６及び第２押出プロセスＳＴ７において、再生液である塩水Ｗ４又は押出水である原水Ｗ１を第２蓋流路２２２及び第１蓋流路２２１に均等に分配するためのものである。

第１排水ラインＬ５１の下流側の端部からは、各種の排水Ｗ５が排出される。第１排水ラインＬ５１の上流側の端部は、接続部Ｊ５１において、第２排水ラインＬ５２の下流側の端部及び第５排水ラインＬ５５の下流側の端部に接続される。第２排水ラインＬ５２の上流側の端部は、接続部Ｊ５２において、第３排水ラインＬ５３の下流側の端部及び第４排水ラインＬ５４の下流側の端部に接続される。第３排水ラインＬ５３の上流側の端部は、接続部Ｊ４２において、第４塩水ラインＬ４４に接続される。第４排水ラインＬ５４の上流側の端部は、接続部Ｊ１３において、原水ラインＬ１（第５塩水ラインＬ４５）に接続される。第５排水ラインＬ５５の上流側の端部は、第３蓋流路２２３に接続される。

第２排水ラインＬ５２の途中には、第２定流量弁３４が設けられる。第２定流量弁３４は、圧力タンク２から排出されて第２排水ラインＬ５２を流通する排水Ｗ５の流量を所定範囲に調節する。
第３排水ラインＬ５３の途中には、第１排水弁３１７が設けられる。第４排水ラインＬ５４の途中には、第３排水弁３１５が設けられる。第５排水ラインＬ５５の途中には、第２排水弁３１６が設けられる。

プロセス制御バルブ３において、各種の弁３１１〜３１８は、種々の作動機構及び弁構造を採用することができる。具体的には、カム機構により作動されるリフト式又はダイアフラム式の流路開閉弁や、リンク機構により作動されるスライドピストン式の流路開閉弁等が好適である。

次に、塩水タンク４について説明する。塩水タンク４は、塩水タンク本体４１と、塩水ウェル４２と、塩水プレート４４とを備える。塩水タンク本体４１は、上部が開口した有底の形状を有する。塩水ウェル４２は、筒状であり、塩水タンク本体４１の内側に配置される。塩水プレート４４は、塩水ウェル４２の外側において、塩水の貯留部（下方）と、再生塩４３（例えば、粒状やペレット状の塩化ナトリウム）の貯蔵部（上方）とを、上下に区画する透水性のプレートからなる。

塩水タンク本体４１の内側であって且つ塩水ウェル４２の内側には、塩水ライン配置空間４６が形成される。塩水ライン配置空間４６には、第１塩水ラインＬ４１の上流側の端部が配置される。塩水ウェル４２の下方の側壁には、連通孔４５が設けられる、連通孔４５は、塩水の貯留部と塩水ライン配置空間４６との間を連通する。そのため、塩水Ｗ４又は補給水は、塩水の貯留部と塩水ライン配置空間４６との間を自在に流通できる。

次に、硬水軟化装置１が有する運転モード及び運転モードにおいて実行されるプロセスについて図２及び図３を参照しながら説明する。図２は、硬水軟化装置１の運転モード及び各運転モードにおけるプロセスを示す状態遷移図である。図３は、各プロセスにおけるプロセス制御バルブ３の開閉状態を示す図である。

硬水軟化装置１は、運転モードとして、圧力タンク２に原水Ｗ１を導入することにより処理水としての軟水Ｗ２を製造する水処理モードと、圧力タンク２に再生液としての塩水Ｗ４を導入することによりイオン交換樹脂床２１１を再生させる再生モードと、圧力タンク２に洗浄液としての原水Ｗ１を導入することにより圧力タンク２の内部を洗浄する洗浄モードと、原水Ｗ１を塩水タンク４へ補給する補水モードと、圧力タンク２に流体を導入しない待機モードと、を有する。
これら各運転モード間及び運転モードにおいて実行されるプロセスにおける流体の流れは、プロセス制御バルブ３によって以下のように制御される。

プロセス制御バルブ３は、図２に示すように、各運転モードを切り換えると共に、これらの各運転モードにおいてプロセスを切り換える。
各運転モードは、所定の移行条件（イベント）に基づいて切り換えられる。図２中において、各運転モード間に記載した矢印は、イベントＥ１〜Ｅ８を示す。
イベントＥ１は、水処理モードから再生モードへ移行する場合を示す。この移行条件としては、例えば、軟水Ｗ２の積算採水量（積算使用量）が所定の設定量Ｑ１に達した場合、原水Ｗ１の積算通水時間が所定の設定時間Ｔ１に達した場合等を挙げることができる。
イベントＥ２は、再生モードから洗浄モードへ移行する場合を示す。この移行条件としては、例えば、逆洗浄プロセスＳＴ３から第２押出プロセスＳＴ７までを完了した場合を挙げることができる。
イベントＥ３は、洗浄モードから補水モードへ移行する場合を示す。この移行条件としては、例えば、洗浄モードへ移行する直前の運転モードが再生モードであり、かつ、圧力タンク２の内部における洗浄液の積算流通時間が所定の設定時間Ｔ２に達した場合を挙げることができる。
イベントＥ４は、補水モードから水処理モードへ移行する場合を示す。この移行条件としては、例えば、補水量が所定の設定量Ｑ２に達した場合を挙げることができる。
イベントＥ５は、水処理モードから洗浄モードへ移行する場合を示す。この移行条件としては、後述するように、圧力タンク２の内部における水の滞留時間Ｔが所定の設定時間Ｔ３に達した場合を挙げることができる。
イベントＥ６は、洗浄モードから水処理モードへ移行する場合を示す。この移行条件としては、洗浄モードへ移行する直前の運転モードが水処理モードであり、かつ、圧力タンク２の内部における洗浄液の流通積算時間が所定の設定時間Ｔ４に達した場合を挙げることができる。
イベントＥ７は、洗浄モードから待機モードへ移行する場合を示す。この移行条件としては、例えば、原水ラインＬ１における原水Ｗ１の流通なしの連続検知時間が所定の設定時間Ｔ５に達した場合を挙げることができる。
イベントＥ８は、待機モードから洗浄モードへ移行する場合を示す。この移行条件としては、例えば、原水ラインＬ１における原水Ｗ１の流通ありの連続検知時間が所定の設定時間Ｔ６に達した場合を挙げることができる。

プロセス制御バルブ３は、流路を切り換えながら、各運転モードにおいて以下のプロセスＳＴ１〜ＳＴ１０を実施する。
（ＳＴ１）原水Ｗ１をイオン交換樹脂床２１１の全体に対して上から下へ通過させる水処理プロセス（水軟化プロセス）
（ＳＴ２）軟水ストレーナ３３を逆洗浄するストレーナ洗浄プロセス
（ＳＴ３）洗浄水としての原水Ｗ１をイオン交換樹脂床２１１の全体に対して下から上へ通過させる逆洗浄プロセス
（ＳＴ４）再生液としての塩水Ｗ４をイオン交換樹脂床２１１の全体に対して上から下へ通過させる第１再生プロセス
（ＳＴ５）押出水としての原水Ｗ１をイオン交換樹脂床２１１の全体に対して上から下へ通過させる第１押出プロセス
（ＳＴ６）再生液としての塩水Ｗ４をイオン交換樹脂床２１１の上部に対して上から下へ通過させると共に、イオン交換樹脂床２１１の下部に対して下から上へ通過させる第２再生プロセス
（ＳＴ７）押出水としての原水Ｗ１をイオン交換樹脂床２１１の上部に対して上から下へ通過させると共に、イオン交換樹脂床２１１の下部に対して下から上へ通過させる第２押出プロセス
（ＳＴ８）洗浄液（濯ぎ水）としての原水Ｗ１をイオン交換樹脂床２１１の全体に対して上から下へ通過させ、圧力タンク２の内部（イオン交換樹脂床２１１）を洗浄する洗浄プロセス（リンスプロセス又は滞留水排出プロセス）
（ＳＴ９）原水Ｗ１を塩水タンク４へ供給する補水プロセス
（ＳＴ１０）洗浄液の供給を待機する待機プロセス

プロセス制御バルブ３における各弁３１１〜３１８の開閉は、図３に示すように、プロセスＳＴ１〜ＳＴ１０毎に、制御装置５により制御される。その結果、圧力タンク２内において、プロセスＳＴ１〜ＳＴ１０毎に、流体の流れが生成されるか、あるいは、流体の流れが生成されない。
なお、再生モードにおいて、逆洗浄プロセスＳＴ３の前には、軟水ストレーナ３３を逆洗浄するストレーナ洗浄プロセスＳＴ２が設けられている。このストレーナ洗浄プロセスＳＴ２は、説明の便宜上、図２には記載せず、図３のみに記載してある。また、このストレーナ洗浄プロセスＳＴ２と逆洗浄プロセスＳＴ３との間には、塩水Ｗ４の供給を待機する再生待機プロセス（図示せず）が設けられている。

次に、本実施形態に係る硬水軟化装置１の主要な制御（動作）について詳細に説明する。以下、本明細書においては、所定の条件下において、圧力タンク２の内部の液体（滞留水）を系外に排出することを、適宜、「滞留水排出を実施する」ともいう。
なお、水処理プロセスＳＴ１を除く各プロセスＳＴ２〜ＳＴ１０においては、バイパス弁３１３が開放している。そのため、原水ラインＬ１における接続部Ｊ１１よりも上流側を流通する過剰な原水Ｗ１は、接続部Ｊ１２からバイパスラインＬ６へ流通し、接続部Ｊ２２及び軟水ラインＬ２を介して、軟水Ｗ２の需要箇所へ一時的に供給される。

〔水処理プロセスＳＴ１〕
制御装置５からの指令信号により、プロセス制御バルブ３の各弁３１１〜３１８は、図３のＳＴ１に示す開閉状態に設定される。その結果、原水ラインＬ１を流れる水道水、地下水、工業用水等の原水Ｗ１は、原水ラインＬ１及び第１蓋流路２２１を介して、圧力タンク本体２１の内部に供給され、頂部スクリーン２４１から配水される。頂部スクリーン２４１から配水された原水Ｗ１は、イオン交換樹脂床２１１を下降流で通過し、その過程で原水Ｗ１の硬度成分はナトリウムイオンへ置換され、原水Ｗ１は軟水化される。

イオン交換樹脂床２１１を通過した処理水（軟水Ｗ２）は、圧力タンク２の底部で底部スクリーン２４２へ集水される。その後、軟水Ｗ２は、第１集配液管２３１、第２蓋流路２２２及び軟水ラインＬ２を介して、所定の軟水Ｗ２の需要箇所へ供給される。そして、所定量の軟水Ｗ２を採取することにより、イオン交換樹脂床２１１が硬度成分を置換できなくなると、再生プロセスを実施する。

〔ストレーナ洗浄プロセスＳＴ２〕
制御装置５からの指令信号により、プロセス制御バルブ３の各弁３１１〜３１８は、図３のＳＴ２に示す開閉状態に設定される。その結果、原水ラインＬ１を流れる原水Ｗ１は、原水ラインＬ１、接続部Ｊ１１、バイパスラインＬ６、接続部Ｊ２２、軟水ラインＬ２、軟水ストレーナ３３、接続部Ｊ２１、第４塩水ラインＬ４４、接続部Ｊ４２、第３排水ラインＬ５３、第２排水ラインＬ５２及び第１排水ラインＬ５１を介して、系外へ排出される。この過程において、軟水ストレーナ３３を二次側から一次側へ流れる原水Ｗ１により、軟水ストレーナ３３は逆洗浄され、軟水ストレーナ３３によって捕捉されていた夾雑物は、原水Ｗ１と共に、系外へ排出される。

〔再生プロセス〕
再生プロセスは、イオン交換樹脂床２１１の硬度成分の除去能力（イオン交換容量）を回復させるために、逆洗浄プロセスＳＴ３〜補水プロセスＳＴ９を順次実施する（図２参照）。これらのプロセスのうち、逆洗浄プロセスＳＴ３、補水プロセスＳＴ９及び待機プロセスＳＴ１０は、特許文献１、２等に開示されるように周知であるので、その説明を省略する。

〔再生プロセス：第１再生プロセスＳＴ４〕
制御装置５からの指令信号により、プロセス制御バルブ３の各弁３１１〜３１８は、図３のＳＴ４に示す開閉状態に設定される。その結果、原水ラインＬ１における接続部Ｊ１１よりも上流側を流れる原水Ｗ１は、塩水Ｗ４の希釈水として、希釈水ラインＬ３を介して、エゼクタ３２３の一次側へ供給される。
この際、原水Ｗ１中の懸濁物質は、エゼクタストレーナ３２１により除去される。また原水Ｗ１の流量は、第１定流量弁３２２により所定範囲に調節される。

エゼクタ３２３において、原水Ｗ１の通過によってノズル部（符号省略）の吐出側で負圧が発生し、第１塩水ラインＬ４１内も負圧となる。その結果、塩水タンク４内の飽和塩水Ｗ４は、第１塩水ラインＬ４１を介してエゼクタ３２３へ吸引される。そして、エゼクタ３２３内では、飽和塩水Ｗ４が原水Ｗ１を希釈水として所定濃度まで希釈され、再生液としての塩水Ｗ４が調製される。
調製された塩水Ｗ４は、第２塩水ラインＬ４２、第３塩水ラインＬ４３、第５塩水ラインＬ４５（原水ラインＬ１の一部）、及び第１蓋流路２２１を介して、圧力タンク本体２１の内部に供給され、頂部スクリーン２４１から配水される。

頂部スクリーン２４１から配水された塩水Ｗ４は、イオン交換樹脂床２１１を下降流で通過し、その過程でイオン交換樹脂床２１１の全体を再生させる。イオン交換樹脂床２１１を通過した再生液（塩水Ｗ４）は、圧力タンク２の底部で底部スクリーン２４２へ集水される。使用済みの塩水Ｗ４は、第１集配液管２３１、第２蓋流路２２２、軟水ラインＬ２、接続部Ｊ２１、第４塩水ラインＬ４４、接続部Ｊ４２、第３排水ラインＬ５３、第２排水ラインＬ５２及び第１排水ラインＬ５１を介して、系外へ排出される。

第１再生プロセスＳＴ４は、いわゆる並流再生である。この並流再生では、再生液である塩水Ｗ４の供給容量が設定された再生剤量（＝再生レベル×イオン交換樹脂床容量）に達すると、処理は終了し、第１押出プロセスＳＴ５へ移行する。
なお、再生剤量、再生液の濃度、再生液の比重、及び再生液の供給容量は、以下の関係を有する。
再生剤量＝再生液の濃度×再生液の比重×再生液の供給容量 ・・・ （１）

〔再生プロセス：第１押出プロセスＳＴ５〕
制御装置５からの指令信号により、プロセス制御バルブ３の各弁３１１〜３１８は、図３のＳＴ５に示す開閉状態に設定される。その結果、原水ラインＬ１における接続部Ｊ１１よりも上流側を流れる原水Ｗ１は、押出水として、希釈水ラインＬ３を介して、エゼクタ３２３の一次側へ供給される。エゼクタ３２３を通過した原水Ｗ１は、第２塩水ラインＬ４２、第３塩水ラインＬ４３、第５塩水ラインＬ４５（原水ラインＬ１の一部）、及び第１蓋流路２２１を介して、圧力タンク本体２１の内部に供給され、頂部スクリーン２４１から配水される。

頂部スクリーン２４１から配水された押出水としての原水Ｗ１は、先行して供給された再生液としての塩水Ｗ４を押し出しながら、イオン交換樹脂床２１１を下降流で通過し、引き続き、イオン交換樹脂床２１１を再生させる。イオン交換樹脂床２１１を通過した再生液（塩水Ｗ４）及び押出水（原水Ｗ１）は、圧力タンク２の底部で底部スクリーン２４２へ集水される。使用済みの塩水Ｗ４及び原水Ｗ１は、第１集配液管２３１、第２蓋流路２２２、軟水ラインＬ２、接続部Ｊ２１、第４塩水ラインＬ４４、接続部Ｊ４２、第３排水ラインＬ５３、第２排水ラインＬ５２及び第１排水ラインＬ５１を介して、系外へ排出される。

〔再生プロセス：第２再生プロセスＳＴ６〕
制御装置５からの指令信号により、プロセス制御バルブ３の各弁３１１〜３１８は、図３のＳＴ６に示す開閉状態に設定される。その結果、原水ラインＬ１における接続部Ｊ１１よりも上流側を流れる原水Ｗ１は、塩水Ｗ４の希釈水として、希釈水ラインＬ３を介して、エゼクタ３２３の一次側へ供給される。

エゼクタ３２３において調製された塩水Ｗ４は、第２塩水ラインＬ４２、第３塩水ラインＬ４３、第５塩水ラインＬ４５（原水ラインＬ１の一部）、及び第１蓋流路２２１を介して、圧力タンク本体２１の内部に供給され、頂部スクリーン２４１から配水される。

頂部スクリーン２４１から配水された塩水Ｗ４は、イオン交換樹脂床２１１を下降流で通過し、その過程でイオン交換樹脂床２１１の上部を再生させる。イオン交換樹脂床２１１の上部を通過した再生液（塩水Ｗ４）は、圧力タンク２の深さ方向の中間部で中間部スクリーン２４３へ集水される。使用済みの塩水Ｗ４は、第２集配液管２３２、第３蓋流路２２３、第５排水ラインＬ５５、接続部Ｊ５５及び第１排水ラインＬ５１を介して、系外へ排出される。

また、エゼクタ３２３において調製された塩水Ｗ４は、第２塩水ラインＬ４２の接続部Ｊ４１から分流し、第４塩水ラインＬ４４、第６塩水ラインＬ４６（軟水ラインＬ２の一部）及び第２蓋流路２２２を介して、圧力タンク本体２１の内部に供給され、第１集配液管２３１を介して、底部スクリーン２４２から配水される。

底部スクリーン２４２から配水された塩水Ｗ４は、イオン交換樹脂床２１１を上昇流で通過し、その過程でイオン交換樹脂床２１１の下部を再生させる。イオン交換樹脂床２１１の下部を通過した再生液（塩水Ｗ４）は、圧力タンク２の深さ方向の中間部で中間部スクリーン２４３へ集水される。使用済みの塩水Ｗ４は、第２集配液管２３２、第３蓋流路２２３、第５排水ラインＬ５５、接続部Ｊ５５及び第１排水ラインＬ５１を介して、系外へ排出される。

第２再生プロセスＳＴ６は、部分並流再生と部分向流再生とを同時に行ういわゆるスプリット・フロー再生である。部分向流再生では、第１再生プロセスＳＴ４では再生されにくいイオン交換樹脂床２１１の下部が、効率的に再生される。なお、第２再生プロセスＳＴ６においてイオン交換樹脂床２１１の下部の流動は、再生液としての塩水Ｗ４の下降流によって抑制される。
再生液である塩水Ｗ４の供給容量が設定された再生剤量に達すると、処理は終了し、第２押出プロセスＳＴ７へ移行する。
なお、再生剤量、再生液の濃度、再生液の比重、及び再生液の供給容量の関係は、上述の（１）式で示した通りである。

〔再生プロセス：第２押出プロセスＳＴ７〕
制御装置５からの指令信号により、プロセス制御バルブ３の各弁３１１〜３１８は、図３のＳＴ７に示す開閉状態に設定される。その結果、原水ラインＬ１における接続部Ｊ１１よりも上流側を流れる原水Ｗ１は、押出水として、希釈水ラインＬ３を介して、エゼクタ３２３の一次側へ供給される。
エゼクタ３２３を通過した原水Ｗ１は、押出水として、希釈水ラインＬ３を介して、エゼクタ３２３の一次側へ供給される。エゼクタ３２３を通過した原水Ｗ１は、第２塩水ラインＬ４２、第３塩水ラインＬ４３、第５塩水ラインＬ４５（原水ラインＬ１の一部）、及び第１蓋流路２２１を介して、圧力タンク本体２１の内部に供給され、頂部スクリーン２４１から配水される。

頂部スクリーン２４１から配水された押出水としての原水Ｗ１は、先行して供給された再生液としての塩水Ｗ４を押し出しながら、イオン交換樹脂床２１１を下降流で通過し、引き続き、イオン交換樹脂床２１１の上部を再生させる。イオン交換樹脂床２１１の上部を通過した再生液（塩水Ｗ４）及び押出水（原水Ｗ１）は、圧力タンク２の深さ方向の中間部で中間部スクリーン２４３へ集水される。使用済みの塩水Ｗ４及び原水Ｗ１は、第２集配液管２３２、第３蓋流路２２３、第５排水ラインＬ５５、接続部Ｊ５５及び第１排水ラインＬ５１を介して、系外へ排出される。

また、エゼクタ３２３を通過した原水Ｗ１は、第２塩水ラインＬ４２の接続部Ｊ４１から分流し、第４塩水ラインＬ４４、第６塩水ラインＬ４６（軟水ラインＬ２の一部）及び第２蓋流路２２２を介して、圧力タンク本体２１の内部に供給され、第１集配液管２３１を介して、底部スクリーン２４２から配水される。

底部スクリーン２４２から配水された押出水としての原水Ｗ１は、先行して供給された再生液としての塩水Ｗ４を押し出しながら、イオン交換樹脂床２１１を上昇流で通過し、引き続き、イオン交換樹脂床２１１の下部を再生させる。イオン交換樹脂床２１１の下部を通過した再生液（塩水Ｗ４）及び押出水（原水Ｗ１）は、圧力タンク２の深さ方向の中間部で中間部スクリーン２４３へ集水される。使用済みの塩水Ｗ４及び原水Ｗ１は、第２集配液管２３２、第３蓋流路２２３、第５排水ラインＬ５５、接続部Ｊ５５及び第１排水ラインＬ５１を介して、系外へ排出される。
以上の再生モードにおいて、再生液としての塩水Ｗ４及び押出水としての原水Ｗ１は、圧力タンク２の内部を洗浄する洗浄液としても機能する。

〔洗浄プロセスＳＴ８〕
制御装置５からの指令信号により、プロセス制御バルブ３の各弁３１１〜３１８は、図３のＳＴ８に示す開閉状態に設定される。その結果、原水ラインＬ１を流れる水道水、地下水、工業用水等の原水Ｗ１は、原水ラインＬ１及び第１蓋流路２２１を介して、圧力タンク本体２１の内部に供給され、頂部スクリーン２４１から配水される。頂部スクリーン２４１から配水された原水Ｗ１は、イオン交換樹脂床２１１を下降流で通過し、イオン交換樹脂床２１１を洗浄する。つまり、原水Ｗ１は、圧力タンク２の内部（イオン交換樹脂床２１１）を洗浄する洗浄液として機能する。原水Ｗ１の硬度成分は、原水Ｗ１がイオン交換樹脂床２１１を通過する過程でナトリウムイオンへ置換され、原水Ｗ１は、軟水化される。

イオン交換樹脂床２１１を通過した処理水（軟水Ｗ２）は、圧力タンク２の底部で底部スクリーン２４２へ集水される。その後、軟水Ｗ２は、第１集配液管２３１、第２蓋流路２２２、第６塩水ラインＬ４６、第４塩水ラインＬ４４、第３排水ラインＬ５３、第２排水ラインＬ５２及び第１排水ラインＬ５１を介して、排水Ｗ５として系外へ排出される。

本明細書においては、この洗浄プロセスＳＴ８に移行する直前の運転モードが再生モードである場合には、洗浄プロセスＳＴ８を「リンスプロセス」と称し、洗浄プロセスＳＴ８に移行する直前の運転モードが水処理モード又は待機モードである場合には、「滞留水排出プロセス」と称することとする。

次に、図４を参照して、本実施形態に係る硬水軟化装置１の制御に係る機能について説明する。図４は、硬水軟化装置１の制御に係る機能ブロック図である。
制御装置５は、硬水軟化装置１における各部を制御する。図４に示すように、制御装置５は、プロセス制御バルブ３と電気的に接続される。また、制御装置５は、硬水軟化装置１における原水フロースイッチ６１及び塩水流量計６２と電気的に接続され、原水フロースイッチ６１からの流通検知信号及び塩水流量計６２からの流量信号を受信する。

制御装置５は、滞留時間算出手段としての滞留時間算出部５１と、滞留時間判定手段としての滞留時間判定部５２と、洗浄手段制御手段としてのバルブ制御部５３と、メモリ部５４と、を含んで構成される。

滞留時間算出部５１は、水処理モードにおいて、原水フロースイッチ６１によって、原水Ｗ１の流通がないと検知されている場合に、圧力タンク２の内部における水の滞留時間Ｔを算出（計時）するものである。ここで、圧力タンク２の内部における水とは、圧力タンク２の内部に存在している原水Ｗ１及び軟水Ｗ２を意味する。

また、水の「滞留時間」とは、水が流通することなく、圧力タンク２の内部に滞留している時間を意味する。具体的には、水の「滞留時間」は、原水フロースイッチ６１によって原水Ｗ１の流通停止が検知された後、再び原水フロースイッチ６１によって原水Ｗ１の流通開始が検知されるまでの時間を指す。水処理モードにおいては、原水ラインＬ１において原水Ｗ１が流通していなければ、圧力タンク２の内部において水が滞留しているとみなすことができるからである。

また、滞留時間算出部５１は、原水フロースイッチ６１によって、原水Ｗ１の流通があると検知されている場合に、計時した水の滞留時間Ｔをリセットする。

滞留時間判定部５２は、所定の設定時間Ｔ３をメモリ部５４から読み込むと共に、滞留時間算出部５１によって算出された滞留時間Ｔが、所定の設定時間Ｔ３（図５のステップＳＴ１４参照）に達したか否かを判定するものである。この設定時間Ｔ３は、上記滞留時間Ｔの閾値であり、水の滞留によって圧力タンク２の内部において雑菌が繁殖したり、臭いや色が軟水Ｗ２に付いたりしないようにすることができる時間である。つまり、この設定時間Ｔ３は、高品質の軟水Ｗ２を得ることができる滞留時間の上限閾値を勘案して設定され、例えば、６〜２４時間に設定される。

バルブ制御部５３は、滞留時間判定部５２による判定結果に基づいて圧力タンク２の内部を洗浄するようにプロセス制御バルブ３の各弁３１１〜３１８を制御するものである。具体的な制御方法については、後述する。

メモリ部５４は、硬水軟化装置１の制御に必要な制御プログラムや各種データ等を記憶する。具体的には、メモリ部５４は、硬水軟化装置１の各種運転モードを動作させる制御プログラム、各種計算値（例えば、滞留時間算出部５１によって算出された滞留時間Ｔ）、各種設定値（例えば、設定時間Ｔ３）等を記憶する。

次に、硬水軟化装置１の滞留水排出に係る制御について図５を参照しながら説明する。図５は、硬水軟化装置１の滞留水排出に係る制御を示すフローチャートである。このフローチャートは、後述するステップＳＴ１５を除き、水処理モード（水処理プロセスＳＴ１を実行）での処理を示している。
図５に示すように、ステップＳＴ１１において、滞留時間判定部５２は、所定の設定時間Ｔ３をメモリ部５４から読み込む。

ステップＳＴ１２において、滞留時間算出部５１は、原水フロースイッチ６１からの流通検知信号に基づいて、原水ラインＬ１における原水Ｗ１の流通の有無を判定する。すなわち、滞留時間算出部５１は、需要箇所で水が使用されているか否かを判定する。原水ラインＬ１において原水Ｗ１の流通なし（ＹＥＳ）と判定された場合には、水が圧力タンク２の内部に滞留し始めると判定することができるため、ステップＳＴ１３へ進む。一方、原水ラインＬ１において原水Ｗ１の流通あり（ＮＯ）と判定された場合には、水が圧力タンク２の内部を流通していると判定することができるため、後述するステップＳＴ１６へ進む。

ステップＳＴ１３において、滞留時間算出部５１は、圧力タンク２の内部における水の滞留時間Ｔを算出（計時）し、ステップＳＴ１４へ進む。

ステップＳＴ１４において、滞留時間判定部５２は、滞留時間算出部５１によって算出された水の滞留時間Ｔが、ステップＳＴ１１で読み込まれた設定時間Ｔ３に達したか否かを判定する。水の滞留時間Ｔが設定時間Ｔ３に達した（ＹＥＳ）場合には、軟水Ｗ２は所定の水質を維持できなくなると考えられるため、ステップＳＴ１５へ進む（図２のイベントＥ５が発生）。一方、水の滞留時間Ｔが設定時間Ｔ３に達していない（ＮＯ）場合には、軟水Ｗ２は所定の水質を維持できていると考えられるため、ステップＳＴ１２に戻る。すなわち、ステップＳＴ１２において、原水ラインＬ１において原水Ｗ１の流通あり（ＮＯ）と判定されるまで、あるいは、ステップＳＴ１４において、水の滞留時間Ｔが設定時間Ｔ３に達するまで、滞留時間算出部５１は、水の滞留時間Ｔの計時を継続する。

ステップＳＴ１５は、洗浄モードでの処理である。ステップＳＴ１５において、バルブ制御部５３は、滞留水排出プロセスを実施（圧力タンク２の内部を洗浄）するように、プロセス制御バルブ３の各弁３１１〜３１８（図３における洗浄プロセスＳＴ８参照）を制御する。

詳細には、図３のＳＴ８において示すように、プロセス制御バルブ３は、原水通水弁３１１、バイパス弁３１３及び第１排水弁３１７を開弁し、その他の弁３１２，３１４，３１５，３１６，３１８を閉弁する。これにより、原水Ｗ１は、原水ラインＬ１及び第１蓋流路２２１を介して、圧力タンク本体２１の内部に供給され、頂部スクリーン２４１から配水される。頂部スクリーン２４１から配水された原水Ｗ１は、イオン交換樹脂床２１１を下降流で通過し、イオン交換樹脂床２１１を洗浄する。

イオン交換樹脂床２１１を通過した処理水（軟水Ｗ２）は、圧力タンク２の底部で底部スクリーン２４２へ集水される。その後、軟水Ｗ２は、第１集配液管２３１、第２蓋流路２２２、第６塩水ラインＬ４６、第４塩水ラインＬ４４、第３排水ラインＬ５３、第２排水ラインＬ５２及び第１排水ラインＬ５１を介して、排水Ｗ５として系外へ排出される。つまり、圧力タンク２の内部の滞留水が新たな軟水２によって置換されることにより、圧力タンク２の内部が洗浄される。

硬水軟化装置１が家庭用として使用される場合、滞留水排出プロセスは、具体的には、次のように実施される。
バルブ制御部５３は、イオン交換樹脂床２１１での原水Ｗ１（洗浄液）の線速度を５〜６０ｍ／ｈの範囲に設定する。洗浄液の線速度は、洗浄手段としてのプロセス制御バルブ３に組み込まれた第２定流量弁３４により、圧力タンク２から排出される排水Ｗ５の流量を所定範囲に調節することにより設定される。他の構成としては、例えば第１排水弁３１７を比例制御弁とし、その開度を調節することによっても、線速度を所望の範囲に設定することができる。なお、原水Ｗ１（洗浄液）の線速度とは、原水Ｗ１の流量をイオン交換樹脂床２１１の横断面積で除したものであり、次式で示される。
線速度［ｍ／ｈ］＝流量［ｍ^３／ｈ］÷横断面積［ｍ^２］ ・・・ （２）

また、バルブ制御部５３は、イオン交換樹脂床２１１に対する原水Ｗ１の量を、上記設定時間Ｔ３が長い場合には多く設定し、上記設定時間Ｔ３が短い場合には少なく設定する。例えば、上記設定時間Ｔ３が６〜２４時間に設定される場合に、バルブ制御部５３は、イオン交換樹脂床２１１に対する原水Ｗ１（洗浄液）の量を６〜１２ＢＶの範囲に設定する。第２定流量弁３４等によって排水Ｗ５の流量が規定されるため、洗浄液の量は、洗浄プロセスＳＴ８の実施時間を変更することにより設定される。

また、洗浄液としての原水Ｗ１は、塩素を含む水を用いることができる。この場合、バルブ制御部５３は、イオン交換樹脂床２１１の単位樹脂量に対して少なくとも０．５ｍｇＣｌ／Ｌ−Ｒの塩素量を接触させるように、プロセス制御バルブ３による洗浄プロセスＳＴ８の実施時間を制御する。なお、塩素は、原水Ｗ１に元から含まれる残留塩素であってもよいし、原水Ｗ１に別途添加した次亜塩素酸ナトリウム等の塩素剤であってもよい。

ステップＳＴ１５において、原水フロースイッチ６１からの流通検知信号に基づく水の流通積算時間が所定の設定時間Ｔ４に達すると、滞留水排出プロセスを終了し、ステップＳＴ１６へ進む（図２のイベントＥ６が発生）。

ステップＳＴ１６において、滞留時間算出部５１は、計時した水の滞留時間Ｔをリセットし、制御を終了する。

本実施形態の硬水軟化装置１によれば、例えば、以下に示す効果が奏される。
本実施形態の硬水軟化装置１は、圧力タンク２と、圧力タンク２に原水Ｗ１を導入して系外に排出することにより圧力タンク２の内部を洗浄するプロセス制御バルブ３と、圧力タンク２の内部に位置する液体の滞留時間Ｔを算出する滞留時間算出部５１と、滞留時間Ｔが所定の設定時間Ｔ３に達したか否かを判定する滞留時間判定部５２と、滞留時間判定部５２による判定結果に基づいて圧力タンク２の内部を洗浄するようにプロセス制御バルブ３を制御するバルブ制御部５３と、を備える。バルブ制御部５３は、イオン交換樹脂床２１１での原水Ｗ１の線速度を５〜６０ｍ／ｈの範囲に設定すると共に、イオン交換樹脂床２１１に対する原水Ｗ１の量を設定時間Ｔ３に応じて設定する。

そのため、本実施形態によれば、所定範囲の線速度に設定された原水Ｗ１によって圧力タンク２の内部を洗浄するので、圧力タンク２から滞留水を短時間で効率よく排出することができる。また、本実施形態によれば、水の滞留時間に応じた洗浄液（原水Ｗ１）の量で圧力タンク２の内部を洗浄するので、洗浄不足を起こすことなく、高品質の処理水（軟水Ｗ２）を恒常的に得ることができる。

また、本実施形態の硬水軟化装置１においては、水の滞留時間に係る閾値である設定時間Ｔ３が６〜２４時間に設定される場合に、バルブ制御部５３は、イオン交換樹脂床２１１に対する原水Ｗ１の量を６〜１２ＢＶの範囲に設定する。そのため、本実施形態によれば、水の滞留時間に応じた最小必要量の洗浄液（原水Ｗ１）で圧力タンク２の内部を洗浄するので、洗浄不足を起こすことなく、洗浄液の使用量を節約することができる。

また、本実施形態の硬水軟化装置１においては、圧力タンク２に流通する原水Ｗ１は、塩素を含む水であり、バルブ制御部５３は、イオン交換樹脂床２１１の単位樹脂量に対して少なくとも０．５ｍｇＣｌ／Ｌ−Ｒの塩素量を接触させるようにプロセス制御バルブ３を制御する。そのため、本実施形態によれば、イオン交換樹脂床２１１を洗浄の都度、十分な塩素量で殺菌するので、圧力タンク２の内部において雑菌の繁殖を効果的に抑制することができる。

また、本実施形態の硬水軟化装置１においては、イオン交換樹脂床２１１は、ハロゲン系有機溶媒を使用せずに製造された陽イオン交換樹脂ビーズから形成される。そのため、本実施形態によれば、ハロゲン系有機溶媒が軟水Ｗ２中に浸出する虞がなく、人体に安全な処理水（軟水Ｗ２）を恒常的に得ることができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、前述した実施形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。
例えば、前述の実施形態においては、圧力タンク２の内部を洗浄する洗浄液として、原水Ｗ１を用いるものとして説明したが、これに制限されず、軟水Ｗ２や別途調製された洗浄用の薬液であってもよい。

また、前述の実施形態においては、圧力タンク２の内部を洗浄する洗浄手段は、圧力タンク２に接続され液体が流通する各種ライン（原水ラインＬ１、軟水ラインＬ２の一部、各排水ラインＬ５１，５２，５３、塩水ラインＬ４４の一部等）及び各種ラインを開閉するプロセス制御バルブ３であるものとして説明したが、これに制限されない。洗浄手段は、洗浄用の薬液を圧力タンク２の内部に供給可能な洗浄装置であってもよい。

また、前述の実施形態においては、圧力タンク２の内部における水の滞留時間Ｔは、原水フロースイッチ６１による原水Ｗ１の通水の有無に基づいて算出されるものとして説明したが、これに制限されない。圧力タンク２の内部において雑菌が繁殖したり、臭いや色が軟水Ｗ２に付かないようにしたりすることができれば、水の滞留時間Ｔの算出方法は限定されない。例えば、水の滞留時間Ｔは、圧力タンク２の内部に存在する水のうち、最も長時間に亘って存在する水の滞留時間として算出されてもよい。

前述の実施形態は、本発明のイオン交換装置を硬水軟化装置に適用しているが、これに制限されない。例えば、硬水軟化装置におけるイオン交換樹脂を、陽イオン交換樹脂から陰イオン交換樹脂へ置換すれば、硝酸性窒素除去装置として使用することができる。

１ 硬水軟化装置（イオン交換装置）
２ 圧力タンク
３ プロセス制御バルブ（洗浄手段）
５１ 滞留時間算出部（滞留時間算出手段）
５２ 滞留時間判定部（滞留時間判定手段）
５３ バルブ制御部（洗浄手段制御手段）
２１１ イオン交換樹脂床
Ｌ１ 原水ライン（洗浄手段）
Ｌ４４ 第４塩水ライン（洗浄手段）
Ｌ４６ 第６塩水ライン（洗浄手段）
Ｌ５１ 第１排水ライン（洗浄手段）
Ｌ５２ 第２排水ライン（洗浄手段）
Ｌ５３ 第３排水ライン（洗浄手段）
Ｔ 滞留時間
Ｔ３ 設定時間
Ｗ１ 原水（洗浄液）

Claims (4)

1. イオン交換樹脂床を収容し、液体が導入される圧力タンクと、
   前記圧力タンクに洗浄液を導入して系外に排出することにより該圧力タンクの内部を洗浄する洗浄手段と、
   前記圧力タンクの内部に位置する液体の滞留時間を算出する滞留時間算出手段と、
   前記滞留時間算出手段によって算出された前記滞留時間が所定の設定時間に達したか否かを判定する滞留時間判定手段と、
   前記イオン交換樹脂床での洗浄液の線速度を５〜６０ｍ／ｈの範囲に設定すると共に、前記イオン交換樹脂床に対する洗浄液の量を前記設定時間が長い場合には多く設定し又は前記設定時間が短い場合には少なく設定する洗浄手段制御手段であって、前記滞留時間判定手段により前記滞留時間が前記設定時間に達したと判定された場合に、前記設定された洗浄液の量で前記圧力タンクの内部を洗浄するように前記洗浄手段を制御する洗浄手段制御手段と、
   を備えるイオン交換装置。
2. 前記設定時間が６〜２４時間に設定される場合に、前記洗浄手段制御手段は、前記イオン交換樹脂床に対する洗浄液の量を６〜１２ＢＶの範囲に設定する請求項１に記載のイオン交換装置。
3. 前記圧力タンクに流通する洗浄液は、塩素を含む水であり、
   前記洗浄手段制御手段は、前記イオン交換樹脂床の単位樹脂量に対して少なくとも０．５ｍｇＣｌ／Ｌ−Ｒの塩素量を接触させるように前記洗浄手段を制御する請求項２に記載のイオン交換装置。
4. 前記イオン交換樹脂床は、ハロゲン系有機溶媒を使用せずに製造された陽イオン交換樹脂ビーズから形成される請求項１から３のいずれか一つに記載のイオン交換装置。

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